Sensores de zinc para aplicaciones en neurociencias

Abstract

En los últimos años, los estudios realizados con respecto a la química involucrada en los procesos neurológicos han logrado dar una idea de la importancia del zinc en las funciones nerviosas, así como también en el estudio de enfermedades neurodegenerativas tales como la Enfermedad de Alzheimer. A nivel biológico, el zinc tiene representantes en los seis grupos de enzimas que existen, lo cual demuestra su gran importancia en los sistemas biológicos. En estas enzimas, el zinc como ion metálico puede encontrarse en tres tipos de sitios: (i) sitios catalíticos, (¡i) sitios estructurales y (iii) sitios co-catalíticos. De acuerdo al sitio en el que esté presente, estará definida su reactividad. Un tipo de estructura importante en el que se encuentra presente el zinc es en las proteínas con patrones denominados “dedos de zinc” o zinc fingers, los cuales poseen una gran afinidad por los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y están relacionados con procesos genéticos a nivel celular. Las características químicas del zinc como Zn2+ (d10) hacen más difícil su detección y estudio en sistemas biológicos vivos en comparación con los iones de hierro y cobre. Los métodos tradicionales para su estudio en sistemas biológicos están basados en técnicas invasivas que están restringidas para muestras obtenidas post-mortem. Este hecho hace necesaria la búsqueda de estrategias y herramientas que permitan que la detección de zinc sea factible en sistemas biológicos in vivo y de esta manera facilitar su estudio. Para realizar esta labor, se ha encontrado que la técnica con mejores oportunidades es la técnica de fluorescencia, la cual hace factible su uso en sistemas vivos, permite reportar cambios en las concentraciones del analito de manera dinámica, y posee una buena velocidad y sensibilidad de respuesta. Adicionalmente, permite la generación de imágenes en alta resolución. Se ha logrado desarrollar diversos sistemas para la detección de zinc por fluorescencia. Entre ellos se han obtenido sondas basadas en biomoléculas (zinc fingers modificados, proteínas, ácidos nucleicos sintéticos), las cuales poseen una buena compatibilidad con los sistemas biológicos, pero en algunos casos no permiten una buena estabilidad del complejo fluorescente una vez unido al zinc. Asimismo, se han desarrollado sondas en base a moléculas fluorescentes pequeñas, dentro de las cuales se encuentran las mejores alternativas hasta ahora encontradas para su aplicación como sensor de zinc en sistemas biológicos vivos. Dentro de este tipo de sensores se han diseñado sondas excitables con luz ultravioleta, las cuales, aunque no tienen mucha aplicación en sistemas vivos, han permitido mejorar el diseño de otras sondas excitables con luz visible. De igual manera, otro tipo de sensores fluorescentes de moléculas pequeñas son los sensores radiométricos (ratiometric) para la detección de zinc, los cuales permiten realizar mediciones de manera más versátil que en los casos anteriores debido a que no es necesario realizar correcciones por factores externos cuando se utilizan. Estos sensores radiométricos se basan en la excitación y/o emisión en dos longitudes de onda diferentes y la detección está asociada a la medida de la proporción (ratio) de la respuesta a estas longitudes de onda diferentes. Finalmente, la perspectiva que se tiene con respecto al desarrollo de este tipo de sensores, es la de proporcionar herramientas que permitan mejorar los estudios de este ion metálico en el campo de las neurociencias.